socket keepalive理解

java socket编程中有个keepalive选项，看到这个选项经常会误解为长连接，不设置则为短连接，实则不然。

socket连接建立之后，只要双方均未主动关闭连接，那这个连接就是会一直保持的，就是持久的连接。keepalive只是为了防止连接的双方发生意外而通知不到对方，导致一方还持有连接，占用资源。

其实这个选项的意思是TCP连接空闲时是否需要向对方发送探测包，实际上是依赖于底层的TCP模块实现的，java中只能设置是否开启，不能设置其详细参数，只能依赖于系统配置。

首先看看源码里面是怎么说的

源码的意思是，如果这个连接上双方任意方向在2小时之内没有发送过数据，那么tcp会自动发送一个探测探测包给对方，这种探测包对方是必须回应的，回应结果有三种：

1.正常ack，继续保持连接；

2.对方响应rst信号，双方重新连接。

3.对方无响应。

这里说的两小时，其实是依赖于系统配置，在linux系统中（windows在注册表中，可以自行查询资料），tcp的keepalive参数

net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75 （发送探测包的周期，前提是当前连接一直没有数据交互，才会以该频率进行发送探测包，如果中途有数据交互，则会重新计时tcp_keepalive_time，到达规定时间没有数据交互，才会重新以该频率发送探测包）
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9  （探测失败的重试次数，发送探测包达次数限制对方依旧没有回应，则关闭自己这端的连接）
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200 （空闲多长时间，则发送探测包）

为了能验证所说的，我们来进行测试一下，本人测试环境是客户端在本地windows上，服务端是在远程linux上，主要测试服务器端向客户端发送探测包（客户端向服务端发送是一样的原理）。

首先需要装一个抓包工具，本人用的wireshark；

然后修改一下tcp_keepalive_time系统配置，改成1分钟，2小时太长了，难等，其余配置不变。修改方法：执行sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=60进行修改，执行sysctl -p刷新配置生效；

最后写一个服务器端和一个客户端，分别启动。

服务器端代码如下（java8）：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
 
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(12345);
        while (true) {
            Socket socket = ss.accept();
            new Thread(() -> {
                try {
                    socket.setKeepAlive(true);
                    socket.setReceiveBufferSize(8 * 1024);
                    socket.setSendBufferSize(8 * 1024);
                    InputStream is = socket.getInputStream();
                    OutputStream os = socket.getOutputStream();
                    try {
                        byte[] bytes = new byte[1024];
                        while (is.read(bytes) > -1) {
                            System.out.println(System.currentTimeMillis() + " received message: " + new String(bytes, "UTF-8").trim());
                            os.write("ok".getBytes("UTF-8"));
                            os.flush();
                            bytes = new byte[1024];
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        if (!socket.isInputShutdown()) {
                            socket.shutdownInput();
                        }
                        if (!socket.isOutputShutdown()) {
                            socket.shutdownOutput();
                        }
                        if (!socket.isClosed()) {
                            socket.close();
                        }
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

客户端代码如下：

public class Client {
        public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
            Socket socket = new Socket("192.168.16.84", 12345);
            socket.setKeepAlive(true);
            socket.setSendBufferSize(8192);
            socket.setReceiveBufferSize(8192);
            InputStream is = socket.getInputStream();
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("get test-key".getBytes("UTF-8"));
            os.flush();
            Thread.sleep(155 * 1000L);
            os.write("get test-key".getBytes("UTF-8"));
            os.flush();
            byte[] bytes = new byte[1024];
            while (is.read(bytes) > -1) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + " received message: " + new String(bytes, "UTF-8").trim());
                bytes = new byte[1024];
            }
            if (!socket.isOutputShutdown()) {
                socket.shutdownOutput();
            }
            if (!socket.isInputShutdown()) {
                socket.shutdownInput();
            }
            if (!socket.isClosed()) {
                socket.close();
            }
        }
    }

分别启动服务端和客户端之后，抓包工具抓到的数据：

可以看到，60秒时服务器发送了探测包，探测客户端是否正常，客户端正常响应了，之后以tcp_keepalive_intvl（75秒）的周期进行发送，可以看到135秒又进行发送了探测包。

但是因为我们客户端的代码是在155秒重新发送了数据，所以需要继续空闲60秒，直到215秒才继续发送探测包，后续没有数据交互，所以还是以75秒间隔频率进行发送探测包。从抓包的数据上很容易看出来。

keepalive默认是关闭的，下面我们把服务器端的socket.setKeepAlive(true)一行注释掉的抓包结果：

可以看到服务器端没有向客户端发送探测包，其实客户端设置了socket.setKeepAlive(true)，客户端在7355（7200+155）秒时应该会向服务器发送探测包（我把程序挂了2小时。。。结果如下）

验证无误。